Распад урана и тория генерирует половину тепла Земли

Примерно половина тепла, излучаемого Землей, генерируется в процессе радиоактивного распада таких элементов, как уран и торий.

К такому выводу пришла международная группа физиков в результате изучения потока антинейтрино, исходящего из недр Земли. Этот результат, полученный на детекторе KamLAND в Японии, согласуется с предыдущими расчетами и должен помочь в построении моделей генерирования тепловой энергии земных недр.

По мнению геофизиков, общая мощность теплового потока, излучаемого Землей, составляет порядка 44 ТВт (44х10¹² Вт). Вопрос заключается в том, какая его часть генерируется в процессе радиоактивного распада, а какая - получена из других источников. В частности, значительная часть теплового потока – это остаточное явление от процесса формирования Земли.

Самая популярная модель - "валовая силикатная Земля" (bulk silicate Earth, сокращенно BSE) - предполагает, что радиоактивные материалы, такие как уран и торий, содержатся в силикатной части Земли и отсутствуют в железной части. Согласно ей, объем радиоактивного вещества может быть измерен путем изучения магматических пород, излитых на поверхность планеты, а также состава некоторых метеоритов.

Работая с этой моделью, ученые пришли к мнению, что радиоактивность дает порядка 20 ТВт тепловой энергии: 8 ТВт от распада урана-238, еще 8 от тория-232 и последние 4 тераватта от калия-40.

В процессе распада происходит также выброс антинейтрино, которые проходят сквозь Землю и могут быть обнаружены детекторами. Это позволяет измерить примерную скорость радиоактивного распада и, как следствие, выделяемую тепловую энергию.

За несколько лет детектор KamLAND выявил 111 таких "гео-нейтрино". Расчеты показали, что тепловой поток от распада урана и тория составляет около 20 ТВт с погрешностью около 8 ТВт. Хотя эксперимент не может определить тепловой поток по имеющим меньшую энергию антинейтрино от распада калия-40, исследователи считают, что модель BSE верно оценивает его в 4 ТВт.

Пока достоверно неизвестно, что производит оставшуюся половину земного тепла. Одна из гипотез говорит, что глубоко в недрах Земли существует природный "ядерный реактор", производящий тепло как продукт цепной реакции. Но эксперименты ученых, исследующих "гео-нейтрино", установили верхнюю планку в 3–5 МВт, которые этот "реактор" может производить, если он существует.